آیا سفیدچاله‌ها واقعا می‌توانند وجود داشته باشند؟

بر اساس نسبیت عام، وجود سفیدچاله‌ها از نظر ریاضی امکان‌پذیر می‌باشد. اما آیا این بدان معنی است که آنها واقعاً آنجا هستند؟

سفیدچاله‌ها نواحی نظری کیهانی هستند که برخلاف سیاهچاله‌ها عمل می‌کنند. (اعتبار تصویر: آینده/آدام اسمیت)

به نظر می‌رسد سیاهچاله‌ها همه توجه‌ها را به خود جلب می‌کنند. اما در مورد دوقلوهای آینه‌ای آنها، سفیدچاله‌ها چطور؟ آیا آنها وجود دارند؟ و اگر بله، کجا هستند؟

برای درک ماهیت سفیدچاله ها، ابتدا باید سیاهچاله‌های بسیار آشناتر را بررسی کنیم. سیاهچاله‌ها نواحی فروپاشی گرانشی کامل هستند، جایی که گرانش بر تمام نیروهای دیگر در کیهان غلبه کرده است و توده‌ای از مواد را تا یک نقطه بی‌نهایت کوچک به نام تکینگی فشرده کرده است. اطراف آن تکینگی افق رویدادی است که یک مرز فیزیکی و جامد نیست، بلکه صرفاً مرزی است در اطراف تکینگی که در آن گرانش آنقدر قوی است که هیچ چیز، حتی نور، نمی تواند فرار کند.

ما می‌دانیم که جهان چگونه سیاهچاله‌ها را تشکیل می‌دهد. هنگامی که یک ستاره پرجرم می‌میرد، وزن بسیار زیاد آن بر روی هسته آن اعمال می‌شود و باعث ایجاد یک سیاهچاله می‌شود. هر ماده یا تشعشعی که بیش از حد به سیاهچاله سرگردان نزدیک باشد، توسط گرانش قوی به دام می‌افتد و در زیر افق رویداد به سوی عذاب نهایی کشیده می‌شود.

مطالب مرتبط: در مرکز سیاهچاله چه اتفاقی می افتد؟

ما از طریق نظریه نسبیت عام اینشتین، این فرآیند تشکیل و نحوه تعامل سیاهچاله‌ها با محیط خود را درک می‌کنیم. برای رسیدن به مفهوم سفیدچاله، باید تشخیص دهیم که نسبیت عام به جریان زمان اهمیتی نمی‌دهد. معادلات متقارن زمان هستند، به این معنی که ریاضیات در زمان به جلو یا عقب کار می‌کند.

بنابراین اگر بخواهیم فیلمی از تشکیل یک سیاهچاله بگیریم و آن را به صورت معکوس اجرا کنیم، جسمی را می‌یابیم که تشعشع و ذرات جریان دارد. در نهایت، منفجر می‌شود و یک ستاره پرجرم را پشت سر می گذارد. این یک سفیدچاله است و طبق نسبیت عام، این سناریو کاملاً خوب است.

سفیدچاله‌ها حتی عجیبتر از سیاهچاله‌ها خواهند بود. آنها همچنان در مراکز خود دارای تکینگی و افق رویداد در مرزهای خود خواهند بود. آنها همچنان اجسام عظیم و گرانشی خواهند بود. اما هر ماده ای که وارد یک سفیدچاله می شود بلافاصله با سرعتی بیشتر از نور به بیرون پرتاب می‌شود و باعث ایجاد درخشش سفیدی می‌شود. هر چیزی در خارج از یک سفیدچاله هرگز نمی‌تواند به داخل آن نفوذ کند، زیرا برای عبور از افق رویداد باید سریعتر از سرعت نور حرکت کند.

اما اگر سفیدچاله‌ها توسط ریاضیات نسبیت عام مجاز است، پس چرا ما به وجود آنها در جهان واقعی مشکوک نیستیم؟ پاسخ این است که نسبیت عام تنها کلمه در مورد کیهان نیست. شاخه‌های دیگری از فیزیک وجود دارد که مانند نظریه‌های الکترومغناطیس و ترمودینامیک ما در مورد عملکرد درونی جهان به ما می‌گوید.

در ترمودینامیک، مفهوم آنتروپی وجود دارد که، به طور کلی، معیاری از بی‌نظمی در یک سیستم است. قانون دوم ترمودینامیک به ما می‌گوید که آنتروپی سیستمهای بسته فقط می‌تواند بالا رود. به عبارت دیگر بی‌نظمی همیشه افزایش می‌یابد.

به عنوان مثال، فکر کنید که یک پیانو را در دستگاه خرد کن چوب می‌اندازید. دسته‌ای از زباله‌های پودر شده بیرون می‌آید. اختلال در سیستم افزایش یافته است و قانون دوم ترمودینامیک برآورده شده است. اما اگر یک دسته از قطعات تصادفی را در همان خردکن چوب بیندازید، پیانوی کاملی از آن به دست نمی‌آید، زیرا باعث کاهش بی‌نظمی می‌شود. (سیستم‌های بسیار منظم، مانند حیات، می‌توانند روی زمین ایجاد شوند – اما آنها به قیمت افزایش آنتروپی در خورشید به دست می‌آیند. مهم نیست که چگونه سیستم خود را بسازید، شما هنوز از دستگاه‌های خردکن چوب پیانو نمی‌گیرید.)

ما نمی‌توانیم به سادگی فرآیند تشکیل سیاهچاله را به صورت معکوس اجرا کنیم و یک سفیدچاله بدست آوریم، زیرا این امر باعث کاهش آنتروپی می‌شود – ستاره‌ها به طور معجزه‌آسایی از انفجارهای کیهانی غول‌پیکر ظاهر نمی‌شوند. بنابراین، در حالی که واقعیت سفیدچاله‌ها در نسبیت عام ناشناس است، ترمودینامیک به این مفهوم یک نه سخت می‌گوید.

تنها راه برای تشکیل یک سفیدچاله این است که فرآیند عجیبی در جهان اولیه وجود داشته باشد که وجود یک سفیدچاله را در تار و پود خود فضا-زمان ایجاد کند. به این ترتیب، فرآیند تشکیل سفیدچاله مشکل کاهش آنتروپی را دور می‌زند – سفیدچاله به سادگی وجود دارد و از ابتدا وجود داشته است.

تلسکوپ افق رویداد، مجموعه‌ای در مقیاس سیاره از هشت تلسکوپ رادیویی زمینی که با همکاری بین المللی ساخته شده است، این تصویر را از سیاهچاله پرجرم در مرکز کهکشان M87 و سایه آن گرفته است. در اینجا M87 در نور قطبی دیده می‌شود. (اعتبار تصویر: EHT Collaboration)

متأسفانه، سفیدچاله‌ها نیز به طرز خارق‌العاده‌ای ناپایدار خواهند بود. آنها هنوز هم جذب می‌شوند و مواد را به سمت خود می‌کشند، اما هیچ چیز نمی‌تواند از افق رویداد عبور کند. به محض اینکه هر چیزی، حتی یک فوتون (ذره نور) به یک سفیدچاله نزدیک شود، محکوم به فناست. اگر ذره به افق رویداد نزدیک شود، نمی‌تواند از آن عبور کند و انرژی سیستم را سر به فلک می‌کشد. در نهایت، این ذره آنقدر انرژی خواهد داشت که باعث فروپاشی سفیدچاله به سیاهچاله می شود و به وجود آن پایان می‌دهد.

بنابراین، همان‌قدر که سفیدچاله‌ها سرگرم‌کننده و جذاب به نظر می‌رسند، به نظر نمی‌رسد که آنها ویژگی‌های جهان واقعی در ریاضیات نسبیت عام باشند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Could white holes actually exist?

By Paul Sutter

https://www.space.com/could-white-holes-exist-space-mysteries